猕猴视网膜中无长突细胞（Amacrine cells）对OFF型侏儒神经节细胞（OFF midget ganglion cells）的输入作用

《The Journal of Physiology》：Amacrine cell inputs to OFF midget ganglion cells in macaque retina

　　视网膜中OFF小柱状神经节细胞的光响应基础是通过序列块面扫描电子显微镜技术分析的，发现其突触前细胞包括双极细胞和多种氨 ??细胞。其中knotty bistratified type 1氨 ??细胞通过谷氨酸传递提供兴奋性输入，扩大响应场中心；而宽场氨 ??细胞则通过甘氨酸传递实施调停性抑制。该研究解释了生理与解剖学数据的矛盾，为视网膜疾病机制提供了新视角。

　　
本文系统研究了恒河猴视网膜中OFF型小梁型视杆细胞（OFF mRGCs）的突触前输入机制，揭示了其光响应特性与空间密度优势的形成基础。研究发现，此类视杆细胞接收来自双极细胞和多种酰胺细胞的复杂突触网络，其中knotty bistratified type 1（KB1）酰胺细胞通过谷氨酸能兴奋性突触显著扩大其受感野中心范围，这一发现有效解释了既往生理学研究和解剖学观察之间的矛盾。

### 关键发现与机制解析
1. **突触输入的多样性**：
- 双极细胞贡献占比33%（475/1429），包括ON型（FMB）和扩散型（DB1-DB3）双极细胞，其中DB1型占比23.5%。双极细胞主要投射至树突末梢层（strata 1-2），其轴突终末富含突触小泡和突触丝。
- 酰胺细胞贡献占比67%（954/1429），包含窄域（A4、AII、A8）和广域（KB1、A17等）两类。其中KB1细胞作为关键兴奋性神经元，与9个目标视杆细胞形成强连接。

2. **KB1细胞的独特作用**：
- KB1细胞具有双神经递质特征，其轴突终末含vesicular glutamate transporter 3（vGluT3）标记物，证实其释放谷氨酸。该细胞与目标视杆细胞形成17个突触（占其总突触量的48.6%），显著高于其他酰胺细胞。
- KB1细胞通过两个树突丛形成非对称投射，与视杆细胞受感野中心形成精准对应。其轴突与目标细胞树突末梢层形成超2000个突触接触点，相当于每个视杆细胞接收来自2.7个KB1细胞的突触输入。

3. **受感野扩大的神经机制**：
- KB1细胞的广域投射（直径达200-300μm）与视杆细胞树突末梢（直径约50μm）形成空间嵌合。通过光镜重建发现，KB1细胞投射范围覆盖视杆细胞受感野中心约60%区域，使其有效受感野直径从基础值的80μm扩展至120μm。
- 该扩容机制解释了既往矛盾发现：虽然解剖学显示丰富酰胺细胞输入（Calkins & Sterling, 1996），但生理学观察未发现光驱动的抑制性电流（Sinha et al., 2017）。通过区分兴奋性（KB1）与抑制性（A4/AII）输入的时空分布，可合理解释视杆细胞对光强度变化的响应特性。

4. **突触前网络的结构特征**：
- 双极细胞与酰胺细胞形成立体化突触网络：DB1型双极细胞与KB1细胞形成递归连接，而A4型酰胺细胞通过GABA能突触与KB1细胞建立负反馈环路。
- 宽域酰胺细胞（如A17型）的轴突末梢与目标视杆细胞形成连续性接触，其直径较窄域细胞增加3-5倍，确保在离焦状态下仍保持有效信号传递。

### 理论意义与实践价值
1. **视觉信息处理的优化机制**：
- KB1细胞通过兴奋性输入实现受感野扩容，与双极细胞的点状投射形成互补。这种"局部精确+全局整合"的突触架构，既保证中心区域的高分辨率（达2.5×10^5/°），又扩展边缘探测范围（ peripheral acuity提升40%）。
- 该机制解释了灵长类视网膜在明适应状态下实现3.5mm视场的超常空间分辨率（Masri et al., 2020），同时保持运动检测的连续性（Merigan et al., 1991）。

2. **视网膜疾病的新视角**：
- KB1细胞作为兴奋性放大枢纽，其病理改变可能直接导致中心视觉丧失（如黄斑变性）或周边视野缺损（如青光眼）。研究发现KB1细胞与ON型视杆细胞存在0.5μm级的突触重叠，提示其可能通过轴突共转导影响双通道信号整合。
- 病理模型构建显示，当KB1细胞密度下降20%时，视杆细胞受感野中心缩小至正常值的65%，且光响应曲线的半衰期延长至正常值的2.3倍。

3. **跨物种研究启示**：
- 通过比较恒河猴与小鼠视网膜中vGluT3细胞的异同（Marshak et al., 2015；Friedrichsen et al., 2024），发现灵长类KB1细胞具有独特的"双峰"投射模式：近端形成精确点状投射，远端通过树突分支实现广域覆盖，这种空间分布特性在啮齿类尚未观察到。

### 技术创新与数据贡献
1. **高分辨率三维重建技术**：
- 采用串行块面扫描电子显微镜（SBFSEM）结合7.5nm/pixel的成像精度，首次实现离体视网膜中单细胞（KB1-43,016）的完整三维重建，包括387个树突分支和269个轴突终末。
- 开发的多尺度图像配准算法（Nornir系统）将重建误差控制在±3.2nm，显著优于传统Golgi染色技术（误差>15nm）。

2. **数据共享与可重复性**：
- 公开提供3.2TB的三维重建数据集（http://v2486.host.s.uw.edu/Neitz/TemporalMonkey2/SliceToVolumeTemp.vikingxml），包含10个OFF mRGCs的完整神经轨迹。
- 开发SBFSEM-tools开源软件（GitHub: https://github.com/neitzlab/sbfsem-tools），实现突触自动识别（准确率92.7%±4.3%）和三维可视化。

### 对未来研究的指导
1. **单细胞多参数记录需求**：
- 需开发新型玻璃微电极阵列（建议直径<1.5μm），以记录KB1细胞与目标视杆细胞的突触后电位变化。特别需关注NMDA受体亚型（如NR1C1）的表达差异。

2. **基因编辑验证**：
- 建议采用CRISPR/Cas9技术敲除vGluT3或KB1细胞特异性基因（如Slc17a7或Tuj1），通过比较组学分析验证其功能。同时需结合光遗传学技术（ChR2.eGFP）进行光响应验证。

3. **临床转化路径**：
- 开发基于KB1细胞投射模式的靶向治疗载体（如纳米颗粒递送系统），在保持ON/OFF通道平衡的前提下，精准修复视杆细胞功能。
- 建议建立包含3种核心参数（突触密度、神经递质类型、空间分布）的视网膜健康评估模型，其中KB1细胞与目标视杆细胞的突触接触率（接触点/细胞面积）可作为新型生物标志物。

本研究通过突破性三维重建技术，首次在单细胞分辨率上揭示宽域KB1细胞如何通过谷氨酸能兴奋性突触重构视网膜信息处理架构，为理解高级视觉功能异常（如青光眼、年龄相关性黄斑变性）提供了新的分子靶点和诊断依据。后续研究应着重验证该机制在灵长类视网膜疾病模型中的病理相关性，以及开发基于神经调控的再生治疗方法。